Struktur Ribosom

Ribosom adalah partikel granular kecil padat yang terdiri dari biasanya tiga atau empat molekul RNA ribosom dan lebih dari 50 molekul protein saling berhubungan untuk membentuk tempat sintesis protein. Ribosom adalah lokasi di mana mRNA mengkode untuk menghubungkan asam amino bersama-sama dalam rantai untuk membentuk protein baru tertentu yang diterjemahkan ke dalam protein atau polipeptida.

Ribosom terjadi pada sel prokariotik dan eukariotik. Ribosom dari bakteri dan archaea lebih kecil dari ribosom dari eukariota, meskipun semua dari tiga domain kehidupan memiliki ribosom tetapi mereka berbeda secara signifikan. Menariknya, ribosom dalam mitokondria sel eukariotik mirip bakteri, yang mencerminkan asal evolusi organel ini (Benne dan sloof 1987).

Sebuah ribosom dapat dianggap sebagai enzim raksasa yang membangun protein dari satu set instruksi genetik. Ribosom terjadi baik secara bebas, seperti dalam matriks mitokondria, kloroplas, dan sitoplasma (cairan internal sel), atau dalam keadaan terikat membran, seperti pada retikulum endoplasma dan amplop nuklir.

Perakitan ribosom

Semua sel-sel hidup, termasuk bakteri, memiliki ribosom.

Semua sel hidup memiliki ribosom, dan masing-masing membentuk ribosom dari dua subunit, rRNA dan protein ribosom, yang mengikat bersama-sama selama sintesis protein. Subunit protein terdiri dari sekitar sepertiga dari massa ribosom, rRNA sekitar dua pertiga lainnya. Pada eukariota, ribosom terbentuk di nukleolus, struktur di dalam inti sel. Protein ribosom memasuki inti, mereka bergabung dengan empat helai rRNA untuk membuat ribosom lengkap. Subunit keluar inti melalui pori-pori dan mulai sintesis protein dalam sitoplasma sel. Pada prokariota, protein bergabung dengan tiga helai rRNA. Karena prokariota tidak memiliki inti yang terikat membran, ribosom terbentuk dalam sitoplasma.

Ribosom bebas

Ribosom yang ditemukan mengambang pada sitosol dari sel yang disebut ribosom “bebas”. Sitosol membentuk bagian terbesar dari volume sel dan termasuk cairan yang menggerakan organel. sitoplasma termasuk sitosol dan organel kecuali untuk inti. ribosom bebas cenderung untuk memproduksi protein yang dibutuhkan untuk digunakan sel sendiri.

Ribosom terikat

Beberapa ribosom adalah “terikat” dengan retikulum endoplasma, menciptakan retikulum endoplasma “kasar”. Retikulum endoplasma adalah membran dalam sitoplasma yang bertanggung jawab untuk sintesis protein dan lipid. Kebanyakan protein disintesis oleh ribosom terikat diangkut ke luar sel.

Lokasi tambahan

Ribosom mungkin juga dapat ditemukan dalam mitokondria dan kloroplas sel eukariotik. ribosom ini cenderung lebih kecil, ukurannya sama dengan ribosom dalam sel prokariotik daripada ribosom bebas dan terikat sel eukariotik. Ukuran ribosom ini mendukung bukti bahwa struktur seperti mitokondria dan kloroplas berevolusi dari sel prokariotik.

RNA ribosom ditranskripsi dari DNA sel. Ini kemudian membentuk dua subunit, besar dan kecil. RNA ribosom menyusun sebagian besar struktur ribosom, sementara sisanya terbuat dari protein besar dan kecil. Subunit secara terpisah diangkut keseluruh sel tubuh di mana mereka mengapung bebas dalam sitoplasma. Pada sel eukariotik, ribosom juga mengikat retikulum endoplasma – organel sel yang terlibat dengan sintesis protein dan transportasi.

Struktur Ribosom

Subunit kecil mengikat messenger RNA yang mengkode informasi genetik. Semakin besar subunit menempel pada kompleks terdiri dari RNA transfer dan asam amino. Selama sintesis protein, dua subunit ribosom bergabung bersama sementara untuk menerjemahkan messenger RNA menjadi protein dengan bantuan berbagai enzim.

Penemu Struktur ribosom

George Palade, asal Rumania ada tahun 1974, memenangkan penghargaan dalam fisiologi dan obat-obatan untuk penemuan ribosom. Hadiah Nobel telah diberikan dua kali untuk ilmuwan yang bekerja pada penemuan ribosom dan struktur yang lengkap dan persis. Pada tahun 1974, George Palade, biologi sel asal Rumania,  memenangkan penghargaan dalam fisiologi dan obat-obatan untuk penemuan ribosom, butiran kecil yang bertindak sebagai pabrik protein sel.

Hadiah Nobel 2009 untuk ahli kimia jatuh ke Ada Yonath, Tom Steitz dan Venkatraman Ramakrishnan untuk bekerja di luar struktur ribosom.

Ada Yonath

Ada Yonath lahir di Yerusalem pada tahun 1939. Penelitiannya ke dalam struktur ribosom mulai di Weizmann Institute Israel pada akhir tahun 1970, bekerja sama dengan HG Wittmann dari Max Planck Institute di Berlin. Yonath menerapkan teknik mengkristal ribosom dan mempelajari struktur tiga dimensi mereka. Dia mendapat pujian penggunaan kristalisasi nya tentang beruang yang mengemasi ribosom sebelum masuk ke hibernasi. Sedangkan sampel kristal awal yang rapuh, Yonath dan timnya mengembangkan teknik baru untuk membekukan kristal ribosom pada minus 185 derajat celcius. Hal ini memungkinkan sinar-X untuk memindai ribosom tanpa merusak mereka. Pada tahun 2000 dan 2001, timnya menerbitkan lengkap struktur tiga dimensi pertama ribosom bakteri.

Venkatraman Ramakrishnan

Lahir di India pada tahun 1952, “Venki” Ramakrishnan membantu untuk mengungkap struktur subunit ribosom kecil, yang dikenal sebagai subunit 30S, saat bekerja di Laboratorium Biologi Molekuler di Cambridge, Inggris. Ramakrishnan mengembangkan metode baru yang meningkatkan akurasi analisis difraksi X-ray. Teknik baru, yang dikenal sebagai “hamburan anomali,” terlibat memperkenalkan atom berat menjadi kristal ribosom dan menerapkan sinar-X khusus sesuai untuk atom yang diperkenalkan. Penting untuk keberhasilannya adalah kemampuan untuk mengamankan waktu pada bulan Februari 2000 – melalui koneksi ramah – pada Advanced Photon Source, X-ray menghasilkan sinkrotron yang baru saja dibangun di Argonne Laboratory di dekat Chicago.

Thomas A. Steitz

Berasal dari Milwaukee lahir pada tahun 1940, Thomas Steitz mulai bekerja pada struktur ribosom di Yale Center for Biologi Struktural pada tahun 1995. Pada tahun 2000, Steitz dan rekan-rekannya bekerja di luar struktur yang lebih besar, 50S subunit ribosom menggunakan X-ray kristalografi teknik.

Teknik Steitz adalah untuk menyempurnakan pekerjaan yang dilakukan oleh Yonath di mana kelompok atom berat diperkenalkan ke kristal ribosom beku dan dipindai untuk “fase” informasi – hubungan antara struktur ribosom dan pola gelombang X-ray. Kelompok Steitz juga menggunakan hamburan anomali, yang memungkinkan mereka untuk mengungkap struktur subunit 50S pada sekitar waktu yang sama bahwa Yonath dan tim Ramakrishnan yang telah mengumumkan hasil yang sama.

Struktur Ribosom Prokariota (70S)

Ada dua jenis utama sel: sel prokariotik dan eukariotik. Ribosom adalah organel sel yang terdiri dari RNA dan protein. Mereka bertanggung jawab untuk mengumpulkan protein sel. Bergantung pada tingkat produksi protein sel tertentu, ribosom dapat berjumlah jutaan.

Ribosom prokariota berdiameter kira – kira 200  dengan koefisien sedimentasi sebesar 70 S, berukuran 29 nm x 21 nm dengan massa total 2.520.000 Dalton. Ribosom ini berdisosiasi menjadi sub unit besar (50 S) dan sub unit kecil (30 S). Kedua sub unit dapat dipecah menjadi komponen – komponen protein dan RNA. Sub unit 30 S memiliki 21 macam protein yang berbeda – beda (diberi label S1 sampai S21) dan molekul RNA 16 S (BM 0,6 x 106). Sub unit 50 S mempunyai 34 macam protein (diberi label L1 sampai L34) dan dua molekul RNA yaitu 23 S (BM 1,6 x 106)  dan 5 S (BM 3,2 x 104).

Protein sub unit kecil memiliki berat molekul antara 10.900 – 65.500, sedangkan protein sub unit besar antara 9.600 – 21.500.

Meskipun komposisi ribosom dan interaksi dari komponennya sudah diketahui, namun masih sulit untuk mengusulkan suatu model dari struktur ribosom. Sub unit 30 S mempunyai bentuk olipsoid dan dimensi 60 x 200 . Pada poros yang panjang terdapat bagian yang menjorok ke dalam sehingga bagian itu membagi sub unit dalam 1/3 dan 2/3 bagian. Sub unit besar bentuknya lebih bulat, mempunyai dimensi 150 x 200 x 200 . Penggabungan sub unti membentuk monomer 70 S terjadi pada kedua sisi sub unit – sub unit tersebut dan terbentuk suatu lorong yang digunakan pada mRNA dan amino asil tRNA selama sintesis protein. Monomer 70 S mempunyai diameter maksimum sekitar 400 .

Struktur Ribosom pada Eukariota (80S)

Ribosom biasanya terdiri dari dua subunit: subunit besar dan subunit kecil. Ribosom eukarotik (80S), seperti yang ada di sel tumbuhan dan sel hewan, berukuran lebih besar daripada prokariotik ribosom (70S), seperti yang ada di bakteri. Subunit ribosom disintesis dalam nukleolus dan menyeberang membran nuklir ke sitoplasma melalui pori-pori nuklir.

Ribosom eukariota memiliki koefisien sedimentasi 80 S yang tersusun dari sub unit besar 60 S dan sub  unit kecil 40 S. ribosom eukaryotik berukuran 32 nm x 22 nm dengan massa total 4.220.000 Dalton. Sub unit kecil mengandung molekul RNA 18 S (BM 0,7 x 10). RNA 18 S homolog dengan RNA 16 S pada prokariota Sedangkan sub unit besar mengandung RNA 28 S (BM 1,7 x 10), RNA 5 S (BM 2,0 x 10) dan 5,8 S (BM 5,0 x 10). RNA 5 S dan RNA 28 S sesuai dengan molekul 5 S dan 23 S pada prokariota. Sub unit kecil mengandung sekitar 33 protein, sedangkan sub unit besar mengandung sekitar 50 protein.

Morfologi ribosom eukariota hampir sama dengan ribosom prokariota. Perbedaan terletak pada berat molekul, koefisien sedimentasi, ukuran dan jumlah rRNA. Sub unit 40 S berbentuk elipsoid yang agak pipih berdimensi 115 x 140 x 230 . Terdapat lekukan yang menjorok yang membagi ribosom menjadi segmen 1/3 dan 2/3. Sub unit 60 S umumnya lebih bulat, mempunyai diameter sekitar 200 . jika kedua sub unit bergabung akan terdapat lorong yang digunakan untuk akomodasi rantai mRNA selama translasi.